Relatório Colisões Física I Experimental UnB

Física 01 Experimental - 118010

Relatório Experimento {04}:

COLISÕES

Objetivo

O objetivo do experimento foi de exemplificar e estudar o estudo das colisões, sendo essas unidimensionais e com atrito desprezível. Em paralelo a isso, demonstrar também o princípio da conservação do momento linear. Foram considerados no estudo três tipos de colisão ou choque, sendo sempre unidimensionais: o choque perfeitamente inelástico, perfeitamente elástico e parcialmente elástico. Cada um com suas características e peculiaridades.

Introdução

        Em física, no ramo da Dinâmica, colisão é um evento isolado, no qual dois ou mais corpos em movimento exercem forças entre si, por um tempo relativamente curto. Colisões envolvem forças (ocorrem mudanças de velocidade). Em diversos esportes, as colisões desempenham um papel importante. Uma vez que as colisões entre bolas de bilhar são quase elástico, as bolas rolam sobre uma superfície que produz deslizamentos de baixo atrito, seu comportamento é muitas vezes utilizado para ilustrar as leis de Newton sobre movimento. Depois de uma colisão de baixa fricção de uma bola em movimento, com uma estacionária de massa igual, o ângulo entre as direções das duas esferas é de 90 graus, um fato importante que os jogadores de bilhar profissional levam em conta. Também influem diretamente em diversos esportes, é preciso grande conhecimento de colisões por parte do esportista, entre eles: artes marciais, pugilismo, esgrima, baseball, golfe, polo, entre outros.

Análise do Referencial Teórico

        Existem 3 tipos de colisões, ou choques mecânicos, que precisam ser alisados, assim como seus coeficientes de restituição:

• Choque inelástico: após a colisão, os corpos seguem juntos com a mesma velocidade e então a quantidade de movimento é conservada. Coeficiente: e=0;
• Choque perfeitamente elástico: após a colisão, os corpos seguem separados com diferentes velocidades, a quantidade de movimento e a energia cinética são conservadas. Coeficiente: e=1;
• Choque parcialmente elástico: após a colisão, os corpos seguem separados com diferentes velocidades e apenas a quantidade de movimento é conservada. Coeficiente: 0

        O coeficiente de restituição pode ser dado por:

[pic 1]

Outro ponto a ser analisado para realizar o experimento são as equações relacionadas às colisões.

 ; ; e [pic 2][pic 3][pic 4]

Materiais

• 01 trilho 120 cm;

• 01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12 V;

• 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador (S1 e S2);

• 01 Y de final de curso com roldana raiada;

• 01 unidade de fluxo de ar;

• 01 cabo de força tripolar 1,5 m;

• 01 mangueira aspirador 1,5”;

• 01 pino para carrinho para fixá-lo no eletroímã;

• 01 carrinho para trilho cor preta;

• 01 carrinho para trilho cor azul;

• 03 porcas borboletas;

• 04 manípulos de latão 13 mm;

• 01 pino para carrinho com gancho;

• 02 barreiras para choque;

• 01 fixador em U para choque;

• 01 Y de final de curso com fixador U para elástico;

Adicional para o choque inelástico:

• 01 pino para carrinho com agulha;
• 01 pino para carrinho com massa aderente;

Métodos do primeiro procedimento: Choque elástico

1. Foi montado o equipamento conforme a foto.

[pic 5]

2. Para completar a montagem do equipamento foi verificada a inclinação do trilho tal que o atrito ficasse compensado;

3. Instalou-se nos carrinhos a barreira de choque;

4. Instalou-se no primeiro carrinho o fixador em U para choque;

5. O grupo colocou o segundo carrinho entre os sensores, fixou os sensores no trilho de tal modo que ficassem no centro do trilho e pelo menos 0,400 m um do outro;

6. Selecionou-se a forma de medida F3 do cronômetro;

7. Demos ao primeiro carrinho um impulso, movimentando-o para se chocar com o segundo carrinho;

8. Quando o primeiro carrinho passou pelo S1 o cronômetro foi acionado mediu um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento de 0,100 m;

9. O primeiro carrinho se chocou com o segundo carrinho que estava em repouso (V=0);

10. Quando o segundo carrinho passou pelo S2 o cronômetro foi acionado e mediu um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento de 0,100 m;

11. O cronômetro indicou dois intervalos de tempos.  

12. Após isso foi calculado a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho antes do choque:

Δx= 0,100 m  t1 = 0,153 s V1 = 0,653 m/s  

13. Foi calculado a velocidade desenvolvida pelo segundo carrinho depois do choque:

Δx= 0,100 m  t2 = 0,159 s V2’ = 0,629 m/s  

14. Foi calculado a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho depois do choque.

V1’ = zero

15. Medir a massa dos carrinhos.

M1 = 0,229 kg M2 = 0,229kg   

16. Calcular a quantidade de movimento antes do choque.

Qa = 0,149 kg.m/s

17. Calcular a quantidade de movimento depois do choque.

Qd = 0,144 kg.m/s 

18. Considerando a tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a quantidade de movimento foi conservada?  Com essa tolerância de erro, sim, a quantidade de movimento foi conservada.

19. Calcular a energia cinética antes do choque.